将本科课程中的脑文格反应等有机化学内容与有机太阳能电池研究前沿紧密结合，通过实验让学生深入了解有机化学课程中的化学反应。该实验利用脑文格反应合成了一个宽带隙的稠环电子受体材料A831，通过对实验数据进行分析，确定材料是通过削弱端基的拉电子能力，提升了材料的最低未占有分子轨道(LUMO)能级，进而获得高电压的有机太阳能电池。该实验充分培养了学生运用基础知识解决科研问题的能力，体现了“基础知识–实际应用”的有机实验教学模式，适合作为面向高年级本科生的综合实验教学课程。

通过较为简单的水热法制备了V掺杂MnO₂(VMO)，并研究了其作为水系锌离子电池(ZIB)正极材料的电化学性能。材料表征和电化学性能结果表明V被均匀地掺杂到MnO₂中。V掺杂不仅扩大了MnO₂的层间距，增加了比表面积，还提高了其内部离子电导率。组装成的ZIB在电流密度为0.1 A·g^-1的条件下，初始放电容量可达362 mAh·g^-1。V的掺杂使MnO₂的晶格结构更加稳定，Jahn-Teller畸变效应减弱，电极材料的结构稳定性提高。当电流密度为1 A·g^-1时，经过300圈的充放电循环后，其放电容量仍然能够达到初始容量的87%。

为设计高稳定性且高灵敏度的纯金属有机骨架(MOF)电化学传感器以检测多巴胺(DA)，我们选用铟基MOF [In(2-NH₃-BDC)(2-NH₂-BDC)]·1.5H₂O(RSMOF-1，RSMOF=resistance switchable metal-organic framework，2-NH₂-H₂BDC=2-氨基对苯二甲酸)修饰玻碳电极(RSMOF-1/GCE)。制备的电极RSMOF-1/GCE的DPV测试结果显示其线性范围为0.990~663 μmol·L^-1、检出限为0.770 μmol·L^-1。在多种干扰物质如尿酸、尿素、葡萄糖和对乙酰氨基酚存在的条件下，RSMOF-1/GCE对DA仍具有高的选择性。理论模拟结果显示，在RSMOF-1孔道内壁的—NH₂可通过氢键增强与DA分子的相互作用，使RSMOF-1/GCE具有灵敏的电化学传感DA的性能。

通过一步水热法成功制备了一种水系锌离子电池正极材料——富1T相的MoS₂(1T′-MoS₂)。表征结果与密度泛函理论(DFT)模拟计算表明，1T′-MoS₂的电导率明显高于2H-MoS₂，并且含有丰富的硫缺陷。这有助于大幅提升离子扩散速率和电荷转移速率，优化材料的电化学和动力学性能。因此，采用1T′-MoS₂组装的电池在0.1 A·g^-1的电流密度下，首次放电容量高达202 mAh·g^-1。此外，在大电流密度下(1 A·g^-1)，其经过500次恒电流充放电循环后，电池的容量保持率为92%，显示出较高的容量和长循环稳定性。

得益于过渡金属和晶格氧共同参与氧化还原反应，富锂层状氧化物(LLOs)具有大于250 mAh·g⁻¹的比容量，因而成为下一代商用锂离子电池的潜在候选正极材料。为进一步提高理论比容量并减少对环境和健康有害的钴、镍元素依赖，开发高锰富锂层状氧化物(HM-LLOs)成为一种可行的策略。通过引入更多的Li–O–Li构型，可以促进更多晶格氧参与氧化还原反应，从而提升理论比容量。然而，锰含量的增加也带来了如活化困难和不可逆氧释放等挑战，显著限制了HM-LLOs理论比容量的实际利用。基于此，本文首先探讨了HM-LLOs高理论比容量的来源，随后深入分析了高锰特性引发的结构变化及其对实际比容量利用的限制，最后系统总结了从合成到活性材料改性的多种优化策略，并展望了可能提升HM-LLOs实际比容量的未来方向。

定向电荷转移是调控光生载流子分离动力学的一种极具吸引力的策略。本文通过在SnNb₂O₆纳米片上原位生长C₃N₅纳米棒，设计一种具有强内建电场（IEF）和偶极场（DF）的新型2D/1D SnNb₂O₆/富氮C₃N₅ S型异质结。通过构筑S型异质结，在界面处产生IEF，促进电荷从SnNb₂O₆向C₃N₅的定向迁移。与此同时，C₃N₅中的DF提供一种驱动力，将光生电子定向转移至活性位点。通过IEF和DF的协同效应，SnNb₂O₆/C₃N₅异质结实现了快速的定向电子转移，从而显著提高了电荷分离效率。研究结果表明，SnNb₂O₆/C₃N₅异质结的最佳产氢速率高达1090.0 μmol·g^-1·h^-1 （反应过程中持续释放H₂气泡），分别是SnNb₂O₆和C₃N₅的38.8和10.7倍。此外，SnNb₂O₆/C₃N₅异质结在去除罗丹明B、四环素和Cr（Ⅵ）方面也表现出优异的光催化性能。通过电子顺磁共振（EPR）、时间分辨光致发光光谱（TPRL）和密度泛函理论（DFT）计算，本文系统探讨了SnNb₂O₆/C₃N₅异质结的定向电荷转移机制。这项研究为开发高效异质结光催化剂提供了一种可行的方法。

铂(Pt)作为优异的氧还原助催化剂，在光催化产H₂O₂方面具有巨大潜力。然而，Pt对O₂的吸附能力过强，易使O―O键裂解，从而降低2电子氧还原反应(ORR)生成H₂O₂的选择性。在本研究中，通过调节助剂结构改变Pt的电子结构，从而削弱Pt―O键的强度。本文通过两步光沉积法在BiVO₄的(010)面上连续修饰了铂和银助催化剂。由于在此过程中存在置换反应，最终合成了一种具有中空AgPt合金核和富电子Pt^δ−壳(AgPt@Pt)结构的协同催化剂。光催化实验结果表明：修饰空心结构AgPt@Pt助剂的BiVO₄产生H₂O₂的速率达到了1021.5 μmol∙L⁻¹，且其对应的量子效率(AQE)为5.07%，是Pt/BiVO₄光催化剂(35.7 μmol∙L⁻¹)的28.6倍。此外，密度泛函理论计算和X射线光电子能谱表征表明：AgPt合金向Pt壳转移电子，生成富电子的Pt^δ−活性位点，进而增加了AgPt@Pt助催化剂中Pt―O_ads反键轨道的占有率。这种电子再分布削弱了O₂在Pt上的吸附强度，促进了2电子ORR反应，并显著提高了H₂O₂的生成效率。这一合成策略为制备具有更高H₂O₂选择性的铂基纳米助催化剂提供了可靠的方法。